یک تحلیل فنی از راه حل های اندازه گیری جریان برای شرایط فرآیند سخت

مقدمه ای بر اندازه گیری جریان فشار بالا

فلومترهای فشار بالا ابزارهای تخصصی هستند که برای اندازه گیری نرخ جریان سیال در سیستم هایی که تحت فشارهای بالا کار می کنند، معمولاً بیش از 100 بار و در کاربردهای شدید تا 1000 بار طراحی شده اند. این دستگاه ها نقش مهمی در تولید نفت و گاز، فرآوری شیمیایی، تولید برق و سیستم های تزریق آب ایفا می کنند، جایی که اندازه گیری دقیق جریان تحت شرایط فشار بالا برای کنترل فرآیند، ایمنی و اندازه گیری مالی ضروری است. بر خلاف فلومترهای استاندارد، انواع فشار بالا مواد تقویت شده، مهر و موم های تخصصی و طرح های جبران فشار را برای حفظ دقت و قابلیت اطمینان تحت تنش مکانیکی در خود جای داده اند. توسعه این ابزارها نیازهای صنعتی رو به رشد برای اندازه گیری دقیق در شرایط عملیاتی شدید، به ویژه در انتقال گاز طبیعی با فشار بالا و عملیات شکست هیدرولیکی را برطرف می کند.

فناوری های اندازه گیری و اصول عملکرد

فناوری های اندازه گیری متعددی برای کاربردهای فشار بالا وجود دارد که هر کدام دارای اصول عملکرد و ویژگی های عملکردی متمایز هستند. فلومترهای توربینی، مانند فلومترهای توربین گاز فشار بالا، از یک چرخ توربین آزادانه چرخان استفاده می کنند که سرعت چرخش آن مستقیماً با سرعت جریان همبستگی دارد. این ابزارها دقت عالی (±0.5٪ تا ±1.0٪) را برای خدمات گاز و مایع تمیز نشان می دهند. فلومترهای جابجایی مثبت، حجم سیال را با به دام انداختن و آزاد کردن مکرر حجم های شناخته شده بین چرخ دنده ها یا پیستون های چرخان اندازه گیری می کنند و دقت بالایی را حتی با سیالات ویسکوز حفظ می کنند. فلومترهای فشار تفاضلی، نرخ جریان را با اندازه گیری افت فشار در یک عنصر اولیه مانند صفحه روزنه، لوله ونتوری یا نازل جریان استنباط می کنند و سادگی و قابلیت اطمینان را برای فشارهای شدید تا 40 مگاپاسکال ارائه می دهند. فلومترهای جرمی کوریولیس اندازه گیری مستقیم جریان جرم را ارائه می دهند که تحت تأثیر تغییرات فشار و دما قرار نمی گیرد و آنها را برای کاربردهای انتقال امانت که در آن عدم قطعیت اندازه گیری باید به حداقل برسد، ایده آل می کند.

ملاحظات طراحی کلیدی و مشخصات فنی

طراحی فلومتر برای سرویس فشار بالا نیازمند توجه دقیق به انتخاب مواد، محصور کردن فشار و فناوری های آب بندی است. درجه بندی فشار معمولاً از استانداردهای ASME یا DIN پیروی می کند، با فلنج ها، پیچ ها و واشرها برای حداکثر فشار کاری مشخص شده است. مواد بدنه معمولاً شامل فولاد ضد زنگ (316/304)، فولاد ضد زنگ دوبلکس و آلیاژهای تخصصی برای خدمات خورنده می شود. عملکرد ابزار با دقت (معمولاً ±0.1٪ تا ±1.0٪ از نرخ)، محدوده (تا 100:1 برای فلومترهای کوریولیس)، ملاحظات افت فشار و نسبت کاهش مشخص می شود. فلومترهای توربین فشار بالا دارای یاتاقان ها و شفت های تقویت شده برای مقاومت در برابر نیروهای سیال افزایش یافته هستند، در حالی که توجه ویژه ای به دینامیک روتور و طراحی پره ها برای به حداقل رساندن خطاهای ناشی از فشار می شود. برای کاربردهای گازی، جبران چگالی حیاتی می شود زیرا تراکم پذیری گاز با فشار به طور قابل توجهی متفاوت است و به حسگرهای دما و فشار یکپارچه برای تبدیل دقیق جریان حجمی به جرم نیاز دارد.

سناریوهای کاربردی صنعتی

در تولید نفت و گاز، فلومترهای فشار بالا آب تزریق را برای افزایش بازیابی نفت نظارت می کنند، با فشارهایی که به 300 بار می رسد تا یکپارچگی مخزن حفظ شود. خطوط لوله انتقال گاز طبیعی از فلومترهای توربین گاز فشار بالا برای انتقال امانت در پایانه های توزیع استفاده می کنند، جایی که فشارهای عملیاتی معمولاً از 70 تا 100 بار متغیر است. کاربردهای فرآوری شیمیایی شامل نظارت بر تغذیه راکتور و فرآیندهای پلیمریزاسیون فشار بالا است، جایی که فلومترها باید هم در برابر فشارهای بالا و هم در برابر محیط های تهاجمی مقاومت کنند. نیروگاه ها از این ابزارها برای اندازه گیری آب تغذیه دیگ بخار استفاده می کنند، در حالی که سیستم های هیدرولیک از آنها برای نظارت بر مدارهای قدرت سیال فشار بالا استفاده می کنند. کاربردهای نوظهور شامل سیستم های جذب و ذخیره کربن است، جایی که CO₂ فوق بحرانی با فشاری بیش از 150 بار به سازندهای زمین شناسی تزریق می شود.

معیارهای انتخاب و دستورالعمل های پیاده سازی

انتخاب صحیح مستلزم ارزیابی خواص سیال فرآیند، محدوده های فشار و دما، محدوده جریان و الزامات دقت است. برای کاربردهای گازی، فلومترهای توربین و فشار تفاضلی غالب هستند، در حالی که فلومترهای کوریولیس در خدمات مایع و دوغاب عالی هستند. ملاحظات نصب شامل الزامات لوله مستقیم بالادست/پایین دست، جداسازی ارتعاشات و مدیریت انبساط حرارتی است. کالیبراسیون در فشارهای عملیاتی برای کاربردهای با دقت بالا ضروری است، زیرا ضریب متر می تواند با فشار به دلیل تغییر شکل مکانیکی تغییر کند. فلومترهای فشار بالای مدرن به طور فزاینده ای پروتکل های ارتباطی دیجیتال (HART، Foundation Fieldbus، PROFIBUS) را برای پیکربندی و عیب یابی از راه دور در خود جای داده اند و استراتژی های نگهداری پیش بینی کننده را فعال می کنند که زمان خرابی را در فرآیندهای حیاتی کاهش می دهد.

نتیجه گیری: پیشرفت اندازه گیری جریان فشار بالا

فلومترهای فشار بالا همچنان با پیشرفت در علم مواد، پردازش سیگنال دیجیتال و قابلیت های تشخیصی در حال تکامل هستند. ادغام فناوری های هوشمند و ویژگی های خود اعتبارسنجی، تقاضای رو به رشد برای اندازه گیری قابل اطمینان در شرایط سخت را برطرف می کند و از عملیات ایمن تر و کارآمدتر در صنایع فرآیندی پشتیبانی می کند. از آنجایی که فرآیندهای صنعتی برای بهبود کارایی به فشارهای بالاتر فشار می آورند، فناوری اندازه گیری جریان به پیشرفت خود برای پاسخگویی به این الزامات چالش برانگیز ادامه خواهد داد.

-ابزارهای Endress+Hauser    

-ALLEN BRADLEY PLC

-ابزارهای YOKOGAWA

-MTL

-P+F

-محصولات بیشتر